디지털 물리학
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1. 개요
디지털 물리학은 우주를 디지털 컴퓨터와 유사하게 모델링하는 이론으로, 계산 가능성과 물리 법칙 간의 관계를 탐구한다. 1957년 에드윈 제인스가 처음 아이디어를 제시했으며, 콘라트 추제는 우주가 디지털 컴퓨터라는 가설을 제기했다. 디지털 물리학은 범컴퓨터주의, 계산적 우주론, "It from bit" 등의 개념을 포함하며, 양자역학의 확률적 성질이 계산 가능성과 양립할 수 있다고 본다. 주요 개념으로는 세포 자동자, 처치-튜링 명제, 시뮬레이션 가설 등이 있으며, 스티븐 울프럼, 헤라르트 호프티, 맥스 테그마크 등이 관련 연구를 진행했다. 비판으로는 물리적 대칭성과의 불일치가 제기되지만, 디지털 물리학은 연속성을 수학적 근사로 보고 시공간의 불연속성을 근거로 반론한다.
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| 디지털 물리학 | |
|---|---|
| 디지털 물리학 | |
| 유형 | 가설 |
| 관련 주제 | 범산론 디지털 철학 정보 이론 물리적 정보 계산 시뮬레이션 가설 |
| 주요 인물 | 콘라트 추제 에드 프레드킨 스티븐 울프럼 위르겐 슈미트후버 |
2. 역사
디지털 물리학은 적어도 원칙적으로 우주의 진화를 계산할 수 있는 범용 컴퓨터용 프로그램이 존재한다고 주장한다. 이 컴퓨터는 거대한 세포 자동자(Zuse 1967)이거나, 범용 튜링 기계일 수도 있다(Schmidhuber 1997).
디지털 물리학의 주요 개념은 우주의 진화가 계산될 수 있다는 것이다. 이는 세포 자동자나 튜링 기계와 같은 범용 컴퓨터를 통해 구현될 수 있다고 본다. 위르겐 슈미드후버는 모든 계산 가능한 우주를 최적화하여 계산할 수 있는 짧은 프로그램이 존재한다고 주장했다.
고리 양자 중력은 시공간이 양자화되어 있다고 가정하여 디지털 물리학에 신빙성을 더한다. 파올라 지지(Paola Zizzi)는 이 개념을 computational loop quantum gravity로 구체화했다. 디지털 물리학과 고리 양자 중력을 연관짓는 다른 이론에는 Marzuoli and Rasetti, Girelli and Livine 등의 이론이 있다.
컴퓨터에서의 계산은 정보이론, 통계 역학, 양자역학의 원리와 부합해야 한다. 이러한 연결고리는 1957년 에드윈 제인스(Edwin Jaynes)가 제안하였다. 그는 확률론을 일반화된 논리로 해석하여, 디지털 컴퓨터와 물리학 기초 사이의 연결고리를 찾았다.
우주가 디지털 컴퓨터라는 가설은 콘라트 추제(Konrad Zuse)가 그의 저서 ''Rechnender Raum''(''Calculating Space'')에서 처음 제기했다. ''디지털 물리학''이라는 용어는 에드워드 프레드킨(Edward Fredkin)이 처음 사용했지만, 나중에 ''디지털 철학''이라는 용어를 선호했다.[14] 우주를 거대한 컴퓨터로 보는 다른 학자들로는 스티븐 울프럼(Stephen Wolfram),[15] 위르겐 슈미드후버(Juergen Schmidhuber),[16] 노벨상 수상자 헤라르트 호프티(Gerard 't Hooft)[17]가 있으며, 이들은 양자역학의 확률적 성질이 계산 가능성과 양립 불가능하지 않다고 생각한다. 양자 버전의 디지털 물리학은 최근 세스 로이드(Seth Lloyd),[18] 데이비드 도이치(David Deutsch), 파올라 지지(Paola Zizzi)[19]에 의해 제안되었다.
이와 관련된 아이디어로는 카를 프리드리히 폰 바이츠제커(Carl Friedrich von Weizsäcker)의 ur-대안의 이진 이론, 범계산주의(pancomputationalism), 계산적 우주론(computational universe theory), 존 휠러(John Wheeler)의 "It from bit", 맥스 테그마크(Max Tegmark)의 수학적 우주 가설 (궁극 집합)이 있다.
3. 주요 개념 및 관련 이론
고리 양자 중력은 시공간의 양자화를 가정하여 디지털 물리학에 신빙성을 더한다. 파올라 지지는 이를 계산적 고리 양자 중력으로 구체화했으며, Marzuoli, Rasetti, Girelli, Livine 등도 관련된 이론을 제시했다.
컴퓨터 계산은 정보이론, 통계 역학, 양자역학의 원리와 부합해야 한다. 에드윈 제인스는 1957년에 확률론을 일반화된 논리로 해석하여 디지털 컴퓨터와 물리학의 기초를 연결했다.[12][13]
콘라트 추제는 그의 저서 《우주를 계산하기》(Rechnender Raum)에서 우주가 디지털 컴퓨터라는 가설을 처음 제안했다. 에드워드 프레드킨은 '디지털 물리학'이라는 용어를 처음 사용했지만, 나중에는 '디지털 철학'이라는 용어를 선호했다.[14] 스티븐 울프럼,[15] 위르겐 슈미드후버,[16] 헤라르트 호프티[17] 등도 우주를 거대한 컴퓨터로 모델링하며, 양자역학의 확률적 성질이 계산 가능성과 양립 불가능하지 않다고 보았다. 세스 로이드,[18] 데이비드 도이치, 파올라 지지[19] 등은 양자 버전의 디지털 물리학을 제안했다.
이와 관련된 개념으로는 카를 프리드리히 폰 바이츠제커의 ur-대안, 범계산주의, 계산적 우주론, 존 휠러의 "It from bit", 맥스 테그마크의 수학적 우주 가설 등이 있다.
3. 1. 범컴퓨터주의 (Pancomputationalism)
범컴퓨터주의(Pancomputationalism)는 모든 물리적 시스템이 계산 시스템으로 간주될 수 있다는 견해이다. 디지털 물리학은 우주의 진화를 계산할 수 있는 범용 컴퓨터 프로그램이 존재한다고 주장한다. 이 컴퓨터는 거대한 세포 자동자(Zuse 1967)이거나, 범용 튜링 기계일 수 있다(Schmidhuber, 1997).
고리 양자 중력은 시공간이 양자화되어 있다고 가정하여 디지털 물리학에 신빙성을 더한다. 파올라 지지(Paola Zizzi)는 이 개념을 computational loop quantum gravity로 구체화했다. 디지털 물리학과 고리 양자 중력을 연결하는 다른 이론에는 Marzuoli, Rasetti, Girelli, Livine 등의 이론이 있다.
컴퓨터에서의 계산은 정보이론, 통계 역학, 양자역학의 원리와 부합해야 한다. 에드윈 제인스(Edwin Jaynes)는 1957년에 확률론을 일반화된 논리로 해석하여 디지털 컴퓨터와 물리학의 기초 사이의 연결 고리를 제시했다.[12][13]
콘라트 추제는 그의 저서 '우주를 계산하기(Rechnender Raum)'에서 우주가 디지털 컴퓨터라는 가설을 처음 제안했다. 에드워드 프레드킨은 '디지털 물리학'이라는 용어를 처음 사용했지만, 나중에는 다른 용어를 선호했다.[14] 스티븐 울프럼,[15] 위르겐 슈미드후버,[16] 헤라르트 호프티[17] 등도 우주를 거대한 컴퓨터로 모델링했다. 이들은 양자역학의 확률적 성질이 계산 가능성과 양립 불가능하지 않다고 보았다. 세스 로이드,[18] 데이비드 도이치, 파올라 지지[19] 등은 양자 버전의 디지털 물리학을 제안했다.
이와 관련된 아이디어로는 카를 프리드리히 폰 바이츠제커의 ur-대안의 이진 이론, 범계산주의, 계산적 우주론, 존 휠러의 "It from bit", 맥스 테그마크의 수학적 우주 가설 등이 있다.
3. 2. 계산적 우주론 (Computational Universe Theory)
디지털 물리학은 적어도 원칙적으로 우주의 진화를 계산할 수 있는 범용 컴퓨터를 위한 프로그램이 존재한다고 주장한다. 그 컴퓨터는 거대한 세포 자동자(Zuse 1967)이거나, 모든 계산 가능한 우주를 근사적으로 최적화 계산할 수 있는 짧은 프로그램이 존재함을 지적한 위르겐 슈미드후버(Juergen Schmidhuber, 1997)가 제안한 것처럼 범용 튜링 기계일 수도 있다.[16]
고리 양자 중력은 시공간이 양자화되어 있다고 가정하므로, 디지털 물리학에 신빙성을 더할 수 있다. 파올라 지지(Paola Zizzi)는 이 개념을 계산적 고리 양자 중력(computational loop quantum gravity)으로 구체화했다.[19] 디지털 물리학과 고리 양자 중력을 연관 짓는 다른 이론들에는 Marzuoli and Rasetti and Girelli and Livine 등의 이론이 있다.
컴퓨터에서 계산은 정보이론의 원리와 부합해야 하며, 물리적 실체를 가진다면 통계 역학과 양자역학의 원리와도 부합해야 한다. 위 분야들 사이의 연결 고리는 1957년에 에드윈 제인스(Edwin Jaynes)가 두 개의 논문을 통해 제기하였다.[12] 더욱이, 제인스는 확률론을 "일반화된 아리스토텔레스의 논리학"으로 재해석했는데,[13] 이러한 관점은 고전 논리나 그것과 등가인 불 대수의 논리 연산을 구현하도록 설계된 디지털 컴퓨터와 기초 물리학을 연결하는 데 편리하다.
우주가 디지털 컴퓨터라는 가설은 콘라트 추제(Konrad Zuse)가 그의 저서 ''Rechnender Raum''(Calculating Space)에서 처음 제기했다. ''디지털 물리학''이라는 용어는 처음에 에드워드 프레드킨(Edward Fredkin)이 사용했지만, 그는 나중에 ''디지털 철학''이라는 용어를 선호하게 되었다.[14] 우주를 거대한 컴퓨터라고 주장하는 인물로는 스티븐 울프럼(Stephen Wolfram),[15] 위르겐 슈미드후버(Juergen Schmidhuber),[16] 노벨상 수상자인 헤라르트 호프티(Gerard 't Hooft)가 있다.[17] 이들 저자들은 양자역학의 확률적 성질이 계산 가능성과 반드시 비정합하지 않다고 생각한다. 양자 버전의 디지털 물리학은 최근 세스 로이드(Seth Lloyd),[18] 데이비드 도이치(David Deutsch), 파올라 지지(Paola Zizzi)에 의해 제안되었다.[19]
관련된 것으로는 카를 프리드리히 폰 바이츠제커(Carl Friedrich von Weizsäcker)의 ur-대안의 이진 이론, 범계산주의(pancomputationalism), 계산적 우주론(computational universe theory), 존 휠러(John Wheeler)의 "It from bit", 맥스 테그마크(Max Tegmark)의 수학적 우주 가설(궁극 집합)이 있다.
3. 3. "It from bit" (존 휠러)
컴퓨터는 정보 이론, 통계 역학, 양자역학의 원리와 정합성을 가져야 한다. 이들 분야의 기본적인 연결은 1957년 에드윈 제인스(Edwin Jaynes)가 두 개의 논문을 통해 제기하였다.[12] 제인스는 확률론을 "일반화된 아리스토텔레스의 논리학"으로 재해석했다.[13] 이러한 관점은 고전 논리나 그것과 등가인 불 대수의 논리 연산을 구현하도록 설계된 디지털 컴퓨터와 기초 물리학을 연결하는 데 편리하다.
존 휠러(John Wheeler)의 "It from bit"는 이와 관련된 아이디어 중 하나이다.
3. 4. [[수학적 우주 가설]] (맥스 테그마크)
막스 테그마크의 수학적 우주 가설은 이와 관련된 아이디어 중 하나이다.[19]
3. 5. 기타 관련 개념
고리 양자 중력은 시공간이 양자화되어 있다고 가정하므로, 디지털 물리학에 신빙성을 더할 수 있다. 파올라 지지(Paola Zizzi)는 이 개념을 computational loop quantum gravity로 구체화시켰다. 디지털 물리학과 고리 양자 중력을 연관짓는 다른 이론들은 Marzuoli and Rasetti and Girelli and Livine 등의 이론이 있다.
컴퓨터에서 계산은 정보이론의 원리와 부합해야 하며, 물리적 실체를 가진다면 통계 역학과 양자역학의 원리와도 부합해야 한다. 위 분야들 사이의 연결고리는 1957년에 에드윈 제인스(Edwin Jaynes)가 제안하였다. 확률론을 일반화된 논리로 해석하는 분야에서 연구하고 있었는데, 이 방식을 통해 디지털 컴퓨터와 물리학의 기초 사이의 연결고리를 알아내게 되었다.[12] 더욱이, 제인스는 확률론을 "일반화된 아리스토텔레스의 논리학"으로 재해석했다.[13] 이러한 관점은 고전 논리나 그것과 등가인 불 대수의 논리 연산을 구현하도록 설계된 디지털 컴퓨터와 기초 물리학을 연결하는 데 편리하다.
우주가 디지털 컴퓨터라는 가설은 콘라트 추제(Konrad Zuse)가 그의 저서 ''Rechnender Raum''(영문판: ''Calculating Space'')에서 처음 제기했다. ''디지털 물리학''이라는 용어는 처음에 에드워드 프레드킨(Edward Fredkin)이 사용했지만, 그는 나중에 다른 용어를 선호하게 되었다. 우주는 거대한 컴퓨터라고 주장하는 인물로는 스티븐 울프럼(Stephen Wolfram)[15], 위르겐 슈미드후버(Juergen Schmidhuber)[16], 노벨상 수상자인 헤라르트 호프티(Gerard 't Hooft)[17]가 있다. 이들 저자들은 양자역학의 확률적 성질이 계산 가능성과 반드시 비정합하지 않다고 생각한다. 양자 버전의 디지털 물리학은 최근 세스 로이드(Seth Lloyd)[18], 데이비드 도이치(David Deutsch), 파올라 지지(Paola Zizzi)[19]에 의해 제안되었다.
관련된 것으로는 카를 프리드리히 폰 바이츠제커(Carl Friedrich von Weizsäcker)의 ur-대안의 이진 이론, 범계산주의(pancomputationalism), 계산적 우주론(computational universe theory), 존 휠러(John Wheeler)의 "It from bit", 맥스 테그마크(Max Tegmark)의 수학적 우주 가설 (궁극 집합)이 있다.
4. 관련 인물
디지털 물리학과 관련된 주요 인물들은 다음과 같다:
- 에드윈 제인스(Edwin Jaynes): 1957년 두 편의 논문을 통해 정보 이론, 통계 역학, 양자역학의 기본적인 연결을 제시했다.[12] 그는 확률론을 "일반화된 아리스토텔레스의 논리학"으로 재해석하여, 디지털 컴퓨터와 기초 물리학을 연결하는 관점을 제시했다.[13]
- 콘라트 추제(Konrad Zuse): 저서 ''Rechnender Raum''(영문판: ''Calculating Space'')에서 우주가 디지털 컴퓨터라는 가설을 처음 제기했다.
- 에드워드 프레드킨(Edward Fredkin): 처음에 '디지털 물리학'이라는 용어를 사용했지만, 나중에 ''디지털 철학''이라는 용어를 선호했다.[14]
- 스티븐 울프럼(Stephen Wolfram), 위르겐 슈미드후버(Juergen Schmidhuber), 헤라르트 호프티(Gerard 't Hooft): 양자역학의 확률적 성질이 계산 가능성과 반드시 비정합하지 않다고 생각했다.[15][16][17]
- 세스 로이드(Seth Lloyd), 데이비드 도이치(David Deutsch), 파올라 지지(Paola Zizzi): 양자 버전의 디지털 물리학을 제안했다.[18][19]
- 카를 프리드리히 폰 바이츠제커(Carl Friedrich von Weizsäcker): ur-대안의 이진 이론을 제시했다.
- 존 휠러(John Wheeler): "It from bit"라는 개념을 제시했다.
- 막스 테그마크(Max Tegmark): 수학적 우주 가설 (궁극 집합)을 제시했다.
4. 1. 해외
고리 양자 중력은 시공간이 양자화되어 있다고 가정하므로, 디지털 물리학에 신빙성을 더할 수 있다. 파올라 지지(Paola Zizzi)는 이 개념을 computational loop quantum gravity로 구체화시켰다. 디지털 물리학과 고리 양자 중력을 연관 짓는 다른 이론들에는 Marzuoli and Rasetti and Girelli and Livine 등의 이론이 있다. 컴퓨터에서 계산은 정보이론의 원리와 부합해야 하며, 물리적 실체를 가진다면 통계 역학과 양자역학의 원리와도 부합해야 한다. 위 분야들 사이의 연결고리는 1957년에 에드윈 제인스(Edwin Jaynes)가 제안하였다. 확률론을 일반화된 논리로 해석하는 분야에서 연구하고 있었는데, 이 방식을 통해 디지털 컴퓨터와 물리학의 기초 사이의 연결고리를 알아내게 되었다. 콘라트 추제(Konrad Zuse)는 우주를 계산하기(Rechnender Raum)라는 책에서 우주가 디지털 컴퓨터라는 가설을 제안했다. 우주를 거대한 컴퓨터로 모델링했던 또 다른 학자들에는 스티븐 울프럼, 노벨상 수상자인 헤라르뒤스 엇호프트, 유르겐 슈미드후버(Juergen Schmidhuber) 등이 있다. 이들은 양자역학의 확률적인 본성이 계산가능성과 양립하지 않을 이유가 없다고 여겼다. 디지털 물리학의 양자 버전은 최근에 세스 로이드(Seth Lloyd), 파올라 지지, Antonio Sciarretta 등이 제안하였다. 이와 관련된 아이디어로, Carl Friedrich von Weizsäcker의 ur-alternatives, 범컴퓨터주의(pancomputationalism), 계산적 우주이론, 존 휠러의 "it from bit", 막스 테크마크(Max Tegmark)의 ultimate ensemble 등이 있다.- 스티븐 울프럼
- 헤라르뒤스 엇호프트
- 에드워드 프레드킨
- 세스 로이드
- 막스 테크마크
- 프랭크 티플러
5. 학문 분야
디지털 물리학은 우주의 진화를 계산할 수 있는 범용 컴퓨터 프로그램이 존재한다는 주장을 바탕으로 한다. 이 컴퓨터는 거대한 세포 자동자이거나(Zuse 1967), 범용 튜링 기계일 수 있다(Schmidhuber, 1997).[16]
고리 양자 중력은 시공간이 양자화되어 있다고 가정하여 디지털 물리학에 신빙성을 더한다. 파올라 지지(Paola Zizzi)는 이 개념을 computational loop quantum gravity로 구체화했다. 디지털 물리학과 고리 양자 중력을 연관짓는 다른 이론에는 Marzuoli, Rasetti, Girelli, Livine 등의 이론이 있다.
컴퓨터 계산은 정보이론, 통계 역학, 양자역학의 원리와 부합해야 한다. 이러한 연결고리는 1957년 에드윈 제인스(Edwin Jaynes)가 제안하였다.[12] 제인스는 확률론을 일반화된 아리스토텔레스의 논리학으로 재해석하여,[13] 디지털 컴퓨터와 물리학 기초 사이의 연결고리를 찾는 데 기여했다.
콘라트 추제(Konrad Zuse)는 그의 저서 ''Rechnender Raum'' (영문판: ''Calculating Space'')에서 우주가 디지털 컴퓨터라는 가설을 처음 제기했다. 에드워드 프레드킨(Edward Fredkin)은 '디지털 물리학'이라는 용어를 처음 사용했지만, 이후 ''디지털 철학(Digital philosophy)''이라는 용어를 선호했다.[14] 스티븐 울프럼(Stephen Wolfram),[15] 위르겐 슈미드후버(Juergen Schmidhuber),[16] 노벨상 수상자 헤라르트 호프티(Gerard 't Hooft)[17] 등도 우주를 거대한 컴퓨터로 보는 관점을 제시했다. 이들은 양자역학의 확률적 성질이 계산 가능성과 양립할 수 있다고 보았다. 세스 로이드(Seth Lloyd),[18] 데이비드 도이치(David Deutsch), 파올라 지지(Paola Zizzi)[19]는 양자 버전의 디지털 물리학을 제안했다.
이와 관련된 개념으로는 카를 프리드리히 폰 바이츠제커(Carl Friedrich von Weizsäcker)의 ur-대안의 이진 이론, 범계산주의(pancomputationalism), 계산적 우주론(computational universe theory), 존 휠러(John Wheeler)의 "It from bit", 맥스 테그마크(Max Tegmark)의 수학적 우주 가설 등이 있다.
디지털 물리학은 다음과 같은 학문 분야와 관련이 있다.
| 관련 학문 분야 |
|---|
6. 비판 및 반론
디지털 물리학은 회전대칭성, 병진 대칭성, 로렌츠 대칭성, 리군으로 표현되는 게이지 대칭성 등 기존 물리학의 연속적인 대칭성과 부합하지 않는다는 비판을 받는다. 이러한 대칭성은 물리학에서 매우 중요하다.[1]
하지만 디지털 물리학에서는 이러한 연속성이 수학적인 개념일 뿐이며, 실제로는 불연속적인 물리적 실체를 설명하기 위한 근사 모델에 불과하다고 주장한다. 예를 들어, 플랑크 길이가 물리적으로 의미 있는 최소 길이라는 점은 시공간의 불연속성을 시사한다.[1]
6. 1. 비판
현존하는 디지털 물리학의 모델은 물리학의 연속적인 대칭성과 부합하지 않는다는 비판이 있다. 예를 들어, 회전대칭성, 병진 대칭성, 로렌츠 대칭성, 리군으로 표현되는 게이지 대칭성 등이 있다. 이들은 모두 물리학 전체에서 근본적인 중요성을 가지고 있다.그러나 디지털 물리학에서는 다음과 같이 반론한다: 연속은 수학일뿐이며, 물리학에서 연속적인 대칭성이라고 주장하는 건 단지 불연속적인 물리적 실체를 근사하는 편리한 모델에 지나지 않는다. 예를 들어 플랑크 길이가 물리적으로 의미있는 최소한의 길이라는 사실은 시공간이 불연속적임을 시사한다.
6. 2. 반론
현존하는 디지털 물리학의 모델은 물리학의 연속적인 대칭성과 부합하지 않는다는 비판이 있다. 예를 들어, 회전대칭성, 병진 대칭성, 로렌츠 대칭성, 리군으로 표현되는 게이지 대칭성 등이 있다. 이들은 모두 물리학 전체에서 근본적인 중요성을 가지고 있다.[1]그러나 디지털 물리학에서는 다음과 같이 반론한다. 연속은 수학일뿐이며, 물리학에서 연속적인 대칭성이라고 주장하는 건 단지 불연속적인 물리적 실체를 근사하는 편리한 모델에 지나지 않는다. 예를 들어 플랑크 길이가 물리적으로 의미있는 최소한의 길이라는 사실은 시공간이 불연속적임을 시사한다.[1]
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논문
The Computational Universe: Quantum gravity from quantum computation
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Spacetime at the Planck Scale: The Quantum Computer View
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